А. Н. Блазнов Расчет заготовок и режимов обработки при изготовлении изделий литьем, обработкой давлением, сваркой и резанием (стр. 5 из 15)

2.3.1 Влияние температуры на сопротивление

деформированию и пластичность стали

Холодная деформация сопровождается интенсивным упрочнением металла, что снижает пластичность и повышает сопротивление деформированию. Поэтому в холодном состоянии целесообразно деформировать пластичные сплавы и стали с содержанием углерода не более 0,3…0,35 %. Холодная деформация высокоуглеродистых и легированных сталей нерациональна ввиду их низкой пластичности и низкой стойкости инструмента из-за увеличенных нагрузок.

Нагрев стали до температур горячей деформации (от 1000 до 1200 ºС) позволяет по сравнению с холодной деформацией снизить сопротивление деформированию почти в 10 раз и значительно повысить пластичность. Поэтому при горячей деформации рационально обрабатывать большинство известных сталей и сплавов, включая труднодеформируемые. После горячей деформации металл имеет полностью рекристаллизованную структуру без каких-либо следов упрочнения.

Полугорячая деформация занимает промежуточное положение между холодной и горячей деформацией. Нижняя граница температурного интервала полугорячей деформации находится на уровне от 300 до 500 ºС, при котором наблюдается локальное повышение сопротивления деформированию и снижение пластичности вследствие выпадания из твердого раствора железа с углеродом мельчайших частиц карбидов по плоскостям скольжения. Верхняя граница находится на уровне от 750 до 800 ºС, при котором в стали происходят фазовые превращения и начинается интенсивное окалинообразование. Полугорячая деформация позволяет, с одной стороны, использовать преимущества горячей деформации (высокая пластичность, низкое сопротивление деформированию), и с другой – обеспечивает низкую шероховатость поверхности, высокую размерную точность и др., получаемые при холодной деформации. После полугорячей деформации сталь имеет частично рекристаллизованную структуру.

Операции объемной штамповки выполняют на прессах или холодноштамповочных автоматах. Ее основными разновидностями являются высадка, выдавливание и объемная формовка.

Высадка – это осадка части заготовки, т. е. образование местных утолщений требуемой формы, например, головок болтов. Можно высаживать утолщения, концентричные и эксцентричные относительно оси стержня. Заготовкой обычно служит холоднотянутый материал.

Высадкой изготавливают стандартные и специальные крепежные изделия, а также другие детали, например, зубчатые колеса заодно с валом, детали электронной аппаратуры.

Выдавливание – формообразование сплошных или полых изделий благодаря пластическому течению из полости штампа через отверстия соответствующей формы. Различают прямое, обратное, боковое и комбинированное выдавливание (рисунки 2.2а – 2.2г).

а, б, в, г – выдавливание соответственно прямое, обратное, боковое,

комбинированное; д, е – соответственно в открытых

и в закрытых штампах

Рисунок 2.2 – Схемы выдавливания и формовки

Выдавливанием получают изделия преимущественно цилиндрической или близкой к ней формы, например, корпуса автомобильных свечей зажигания, конденсаторных батарей, генераторов и т. п. Точность размеров и параметр шероховатости деталей те же, что после обработки резанием.

Следует учитывать, что размеры изделий могут отличаться от размеров матрицы из–за нагрева и упругих деформаций как матриц, так и изделий, а на стабильности размеров сказывается износ матриц. Для выдавливания требуются большие удельные силы, что в ряде случаев может приводить к поломкам или низкой стойкости инструмента.

Объемная формовка – это формообразование деталей путем заполнения металлом полости штампа. Она производится в открытых штампах, где излишки металла вытекают в специальную полость для образования облоя (рисунок 2.2д), и в закрытых штампах, где облой не образуется (рисунок 2.2е). После формовки в открытом штампе облой обрезают в специальном обрезном штампе. Форма и размеры заготовок должны быть выбраны с учетом наименьшего расхода и наилучшего течения металла. Возможность вытекания металла с образованием облоя позволяет снизить требования к точности размеров заготовок, а также облегчает процесс деформирования, вследствие чего удельные силы при открытой формовке меньше, чем при закрытой.

При формовке в закрытых штампах объем заготовки должен быть равен объему поковки. Это дает экономию металла, уменьшает объем последующей обработки деталей. Прочность полученных деталей выше прочности деталей, полученных в открытых штампах. Однако формовку в закрытых штампах применяют реже, чем в открытых, из-за большой сложности и стоимости получения заготовок точного объема, необходимости использования более мощного оборудования.

Объемной формовкой изготавливают пространственные детали сложных форм, сплошные и с отверстиями. Детали обычно получают за несколько переходов, в процессе которых последовательно изменяется форма заготовки, для снятия наклепа выполняется промежуточный отжиг.

В массовом и крупносерийном производстве целесообразно обработку резанием ряда деталей заменять холодной штамповкой или комбинировать эти процессы. При холодной штамповке коэффициент использования металла достигает 95 % вместо 30…40 % при обработке резанием. Трудоемкость изготовления, например, болтов на холодновысадочных автоматах в 200…400 раз меньше, чем трудоемкость их изготовления на токарных станках.

Холодной объемной штамповкой можно получать цельные детали из одной заготовки (например, зубчатые колеса и кулачки заодно с валом) взамен деталей, которые изготавливаются из двух и более частей сваркой, клепкой и т. п. Однако для холодной штамповки требуется дорогостоящий специальный инструмент, что делает целесообразным ее применение только в массовом и крупносерийном производстве.

2.4 Расчет размеров заготовки для объемной штамповки

Рассмотрим расчет размеров и выбор заготовки для изготовления детали с помощью объемной штамповки на примере высадки.